化工学院颜廷江教授团队在《Energy & Environmental Science》《Advanced Functional Materials》等期刊发表研究工作

2026年04月02日 09:02 文/化工学院刘锐图/颜廷江点击：[]

化工学院小分子转化能源光催化团队近期聚焦受阻路易斯酸碱对（FLPs）材料、普鲁士蓝衍生材料、多元金属硫化物材料的精准制备与性能调控，针对光催化材料的构建、光生载流子动力学优化、催化产物选择性调控等核心科学问题开展深度研究，取得多项重要研究进展。

新型FLPs及其复合材料的构建

光催化CO₂加氢是实现“双碳”目标的重要绿色技术，而小分子活化难、催化剂成本高是制约其产业化的核心瓶颈。团队以储量丰富、价格低廉的硅酸盐矿物Zn₂SiO₄为研究对象，首次在硅酸盐矿物中成功构建受阻路易斯酸碱对（FLPs），改性后的Zn₂SiO₄-H₂催化剂实现了H₂的高效异裂解离，同时FLPs作为浅能级大幅促进光生载流子分离迁移，在光催化CO₂加氢反应中表现出优异性能。理论计算与原位表征结合，明确了FLPs的构效关系及反应机制，证实其有效降低了反应能垒，优化了电荷转移动力学。该研究首次将FLPs的应用拓展至天然硅酸盐矿物体系，突破了传统FLPs催化剂依赖稀缺贵金属、制备工艺复杂的局限，为开发低成本、高稳定性的CO₂转化光催化剂提供了全新策略。相关成果以“Construction of Frustrated Lewis Pairs in Low-Cost Silicate Minerals via H₂-Mediated Oxygen Vacancy Engineering for Efficient Photocatalytic CO₂ Hydrogenation”为题，发表于国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一区TOP，IF=19.0）。我校为第一通讯单位，化学与化工学院青年教师郭昱昊为第一作者，颜廷江教授为通讯作者。

团队针对传统In₂O₃光催化剂存在的CO₂吸附慢、产物脱附难、载流子分离效率低等瓶颈，采用简易浸渍-煅烧法制备出5A分子筛功能化In₂O₃-FLPs复合催化剂，核心界面为In₂O₃与5A分子筛通过静电作用形成的均匀涂层结构。多组分协同体现在三方面：5A的多通道结构强化CO₂吸附与富集，表面羟基促进光生空穴定向转移以抑制载流子复合，静电作用加速产物H₂O脱附以恢复活性位点。最优样品表现出CO产率达2610.55 μmol·g^-1·h^-1是纯In₂O₃的19倍，且经45h连续反应和108次循环后仍保持稳定。该研究通过分子筛/半导体界面的协同调控，实现了吸附-脱附行为与电荷动力学的同步优化，为低成本复合FLPs催化剂设计提供了新思路。相关成果以“Molecular sieve-mediated indium oxide catalysts for enhancing photocatalytic CO₂ hydrogenation”为题，发表于《Acta Physico-Chimica Sinica》（新锐一区，IF=13.5），我校为第一通讯单位，化学与化工学院博士生管勤辉为第一作者，颜廷江教授为通讯作者。

光生载流子动力学调控

团队针对光催化中载流子分离效率低、复合快的核心难题，提出了一种新型的普鲁士蓝类似物衍生的铟铁基氧化物，它具有内部铁掺杂和外部晶态/非晶态异质结的特点，可作为光催化逆水煤气变换（RWGS）反应的有效光催化剂。实验和理论计算已证实，将铁掺杂到氧化铟（In₂O₃）中能够改变其电子结构和能带结构，并实现自旋极化效应，从而增强本征载流子的产生和分离性能；与此同时，所形成的 Fe-In₂O₃/Fe₂O₃ S型异质结建立了内建电场，并为光生载流子创造了新的传输路径，这显著抑制了光生电子-空穴对的表面复合。因此，这种“内外兼修”的策略能够充分挖掘光生载流子在产生、分离、迁移、寿命及反应等每一个动力学步骤中的潜力，进而显著提升光催化二氧化碳加氢性能。相关研究成果以“Internal and external cultivation: unleashing the potential of photogenerated carrier dynamics behaviors to boost photocatalytic CO₂ hydrogenation”为题发表在国际权威期刊《Energy & Environmental Science》（中科院一区TOP，IF=30.8），我校为第一通讯单位，化学与化工学院青年教师郭昱昊为第一作者，颜廷江教授为通讯作者。

团队通过调节FLPs中的LA/LB比例，破解FLPs材料中光生载流子利用效率问题。提出了一种表面工程方法，以缺陷型In₂O_3-x(OH)_y为模型催化剂，通过肼辅助水热-煅烧法精准调控表面路易斯酸碱（LB/LA）位点比例，构建三类LB/LA体系。LB/LA=1时形成高密度FLPs，可协同促进CO₂吸附活化、稳定*CH₃O中间体，并通过浅能级供体/受体态优化载流子分离效率，实现179.79 μmol·g^-1·h^-1的甲醇产率与43.67%的选择性；LA-rich体系（LB/LA<1）则通过氧空位介导路径，达成1913.76 μmol·g^-1·h^-1的CO产率（选择性94.96%）。fs-TAS与原位DRIFTS证实，FLPs通过平衡电子捕获与转移过程，显著抑制载流子复合，为FLPs介导的载流子调控提供了量化标准。“Decoding the stoichiometry of surface Lewis acid/base sites: a pivotal aspect for tailoring selectivity in solar-driven CO₂ reduction” 为题，发表于《SCIENCE CHINA-Chemistry》（中科院一区TOP，IF=9.7），我校为第一通讯单位，化学与化工学院博士生管勤辉为第一作者，颜廷江教授为通讯作者。

产物选择性调控

团队针对CO₂光还原产物选择性难精准调控的核心难题，采用晶相工程策略，通过调控溶剂类型，成功制备出立方相和四方相两种晶相的SnIn₄S₈光催化剂。研究发现，立方相SnIn₄S₈因晶体结构高度对称，金属活性位点电子分布均匀，仅选择性生成CO、CH₄等C₁产物；而四方相SnIn₄S₈凭借更低的晶体对称性，诱导金属位点形成不对称电荷分布，为C-C耦合提供有利条件，实现C₂H₄、C₂H₆等C₂产物的高效生成，其中C₂H₆选择性高达80.1%。该研究通过原位表征与理论分析，明确了晶相对载流子行为及C-C耦合过程的调控机制，为设计高选择性C₂产物光催化剂提供了重要理论依据与新策略。相关成果以“Tuning the Crystal Phases of SnIn₄S₈ for Precise Regulation of C₁/C₂ Products Selectivity in Photocatalytic CO₂ Reduction” 为题，发表于国际权威期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（中科院一区TOP，IF=7.3），我校为第一通讯单位，化学与化工学院青年教师郭昱昊为第一作者，颜廷江教授为通讯作者。

团队通过“自下而上”优化FLPs，从源头设计实现活性位点的精准调控与效能提升。为解决传统策略中Lewis酸碱位点失衡问题，依托室温反应将富含羟基（Lewis碱位点）的无定形FeOOH负载于富含氧空位（Lewis酸位点）的In₂O_3-x上，采用制备高密度InOH···In FLPs。FeOOH还作为光敏剂拓宽催化剂的光吸收范围至近红外区域，同时促进光生电子从FeOOH向In₂O_3-x转移，最终使催化剂的CH₄产率达9.3 μmol·g^-1·h^-1，成功实现了产物选择性调控。相关成果以“Bottom-up construction of surface frustrated Lewis pairs on FeOOH-modified In₂O_3-x for enhanced photocatalytic CO₂ reduction”为题，发表于自然指数期刊《Chemical Communications》，化学与化工学院青年教师郭昱昊和颜廷江教授为共同通讯作者。

新闻小贴士：

颜廷江，陕西科技大学教授，博士生导师，陕西省高层次引进人才，连续三年入选全球前 2% 顶尖科学家，主要从事能源与环境光催化基础与应用研究。主持或完成国家自然科学基金（4项）、山东省重大基础项目、中国博士后特别资助和面上项目等10余项国家和省部级课题。在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Edit., Energy Environ. Sci., Adv. Funct. Mater., Nano Lett., Adv. Sci., Small, Environ. Sci. Technol.等知名杂志发表论文90余篇，申请国家发明专利7项。先后获得山东省自然科学二等奖、陕西省三秦英才、山东省泰山学者青年专家、山东省优秀研究生导师、山东省高等学校科学技术二等奖、山东省高校青年教师教学比赛三等奖、山东省高等学校优秀科研成果三等奖、山东省优秀硕士论文指导教师、山东省优秀学士论文指导教师等荣誉称号和奖励。

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